概要
- 天体写真 への興味から自作赤道儀プロジェクト開始
- PCB設計スキル 習得で自作赤道儀構想が具体化
- ハーモニックドライブ とESP32を用いた設計詳細
- OnStepX によるファームウェア統合と運用実績
- コスト詳細 と自作のメリット・学び
Spark:オリオン大星雲撮影から始まった天体写真趣味
- YouTubeの Nebula Photos などの影響で天体写真に興味
- OM System OM-5 と Olympus 15-140mmレンズ を三脚で使用
- オリオン大星雲を 2秒露光×300枚 撮影、 Siril でスタック処理
- さらなる品質向上を目指し、 Move Shoot Moveトラッカー (約€200)を導入
- 目標天体の導入や極軸合わせの難しさに直面
PCB設計との出会いと自作赤道儀への応用
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2024年後半、 PCB設計動画 に刺激を受け自作熱が再燃
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ESP32 とe-paperディスプレイを使い自宅サーモスタットを自作
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PCB設計スキルを活かし、赤道儀の自作を決意
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ハーモニックドライブ (波動歯車装置)採用を検討
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AliExpress で部品探し、Google検索を駆使
- 参考になった自作プロジェクト
- HEMY、 HrEM、 DHEM、 DIY EQ Mount V2
- 参考になった自作プロジェクト
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ステッピングモーター、BLDCモーター、 Field Oriented Control(FOC) や SimpleFOC などのオープンソース実装を調査
設計方針とアーキテクチャ
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PCB自体は必須ではない が、達成感と美しさを求めて自作
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ハウジングは FreeCAD で8回以上設計をやり直し
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主要構成
- RA軸: 42AIM15サーボモーター +Type 17ハーモニックドライブ(100:1減速)
- DEC軸: MKS Servo042Dステッピングモーター +Type 14ハーモニックドライブ(100:1減速)
- マウント: Arca Swissプレート
- 動作モード: GEM/ALTAZ
- マイコン: ESP32-S3
- 電源: USB-C(最大24V/4A)
- モータードライブ: ULN2003、 MODBUS/CANBUS 対応
- 余剰GPIOピンは将来拡張用にブレイクアウト
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モーターは 内蔵ドライバ 搭載でPCB設計が容易
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FOCとマイクロステッピングで高精度追尾を実現
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CANBUS 経由でステッパーモーターのマイクロステップ制御が可能
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スリュー時は マイクロステップ数を減らし、高速移動とプロセッサ負荷低減を両立
PCB設計の詳細と失敗からの学び
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KiCad で半円形PCBを設計、ハウジングにぴったり収まる形状
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ESP32-S3 (PCBアンテナなし)を最適配置
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AP33772 IC でUSB PD3.0対応、12V給電対応のモバイル運用
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CentyLab のPicoPD回路図を参考
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JST PHコネクタ 採用で小型&2A対応、 Matt Millman の資料を活用
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初回PCB失敗例
- AP33772S → AP33772 への部品変更時にピン互換性未確認
- I2C通信不能&外部PDトリガーボードでチップ破損
- バージョン2 で徹底検証し問題解決、テストポイントも増設
OnStepXファームウェア統合と運用
- OnStepX はDIY赤道儀向けオープンソースファームウェア
- ESP32のWiFi機能で遠隔操作、スリュー中のWiFi不安定問題発生
- スリューレート低下、マイクロステップ数変更、WiFiクライアント化で安定化
- カスタムピンレイアウトとスリュー時のマイクロステップ変更以外は ほぼ標準構成で動作
製造・組立・実地運用
- JLCPCB でPCB製造&CNC加工を一括発注
- 3Dプリント試作なしでCNC依頼、ほぼ完璧な精度
- 組立はM3/M4タップでネジ穴加工し、手作業でコスト削減
- 実際の運用
- 極軸合わせ、KStars/Ekos/INDIサーバー設定に苦戦
- WiFi・カメラ・ソフト設定・モーターカップリングなど多くの課題
- PHD2 で1-2秒角の追尾精度を確認(600mmレンズで30秒露光に十分)
- カメラは ISO3200、手振れ補正&ノイズリダクションOFF
- Siril でスタック、マルチナイトスタックは今後の課題
経済性とコスト詳細
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総コスト:約 €1,700 (工具類含む)、 単体コストは約€800
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工具や部材のまとめ買い・送料でコスト増
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商用GOTO赤道儀(€1,200~€4,000)と比較し競争力あり
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経済性よりも 学びと達成感 が主目的
- 主なコスト内訳(抜粋)
- モーター類:約 €300
- ハーモニックドライブ:約 €180
- PCB:約 €180×2回
- CNC部品:約 €215
- 工具類:約 €100
- 主なコスト内訳(抜粋)
まとめと学び
- 検証工程の省略は禁物 と痛感(特にPCB設計時)
- OnStepX の存在がDIY赤道儀開発の敷居を大きく下げた
- FreeCAD や KiCad の習得、部品選定、組立まで一連の経験値
- 市販品にはない 自作ならではの満足感
- 今後もさらなる改良・小型化・多機能化に挑戦予定